鈣鈦礦太陽能電池作為一種新型薄膜太陽能電池,具有光電轉(zhuǎn)換效率高、成本低等優(yōu)勢,是當(dāng)前新型太陽能電池領(lǐng)域的研究熱點。目前,鈣鈦礦太陽能電池的吸光層仍以有機-無機復(fù)合鹵素鈣鈦礦材料(甲胺鉛碘:CH_3NH_3PbI_3)為主,該材料對環(huán)境水分的高度敏感性、潛在環(huán)境毒性極大限制了鈣鈦礦太陽能電池的應(yīng)用。開發(fā)窄禁帶、高穩(wěn)定的全無機鈣鈦礦光吸收材料具有重要意義。堿土金屬錫酸鹽是一類典型的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)氧化物材料,具有禁帶寬(3.18-4.5eV)、電阻大、高溫穩(wěn)定性好等特點,同時還有豐富的光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)特性,得到了廣泛研究。特別的,其帶隙可調(diào)特性使其非常適合作為鈣鈦礦太陽能的光吸收材料。然而國際上目前還沒有這方面的研究報道。本論文重點探討了金屬摻雜堿土金屬錫酸鹽薄膜的制備方法及元素摻雜對其能帶結(jié)構(gòu)、光學(xué)/電學(xué)/磁學(xué)性能的影響規(guī)律,為其在鈣鈦礦太陽能電池器件中的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。本論文主要開展以下兩方面工作:(1)Co摻雜SrSnO_3薄膜的可控制備及物理性能:采用脈沖激光沉積方法,在MgO單晶襯底上生長了SrSn_(1-x)Co_xO_3薄膜,考察了Co摻雜對SrSn_(1-x)Co_xO_3薄膜微觀結(jié)構(gòu)、形貌和光、電、磁學(xué)性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明,通過脈沖激光沉積技術(shù)制備的SrSn_(1-x)Co_xO_3薄膜為外延薄膜,沿(100)方向取向生長,?掃描證明其為四方對稱結(jié)構(gòu),表面平整致密;薄膜粗糙度隨Co摻量增加而增加。在200-800 nm波長范圍內(nèi),隨Co摻量增加,薄膜光學(xué)透過率由95%降至56%;光學(xué)帶隙由4.46 eV降至2.91 eV。表征了薄膜的介電及磁學(xué)性能,SrSn_(1-x)Co_xO_3薄膜的介電常數(shù)最高可達213.17(10 kHz,室溫),且在室溫下表現(xiàn)出明顯鐵磁特性,飽和磁化強度隨Co含量增加由2.38 emu/g增加到12.49 emu/g。(2)Co摻雜BaSnO_3薄膜的制備及物理性能:采用脈沖激光沉積方法,在MgO單晶襯底上生長了BaSn_(1-x)Co_xO_3薄膜,研究了Co摻雜對BaSn_(1-x)Co_xO_3薄膜微觀結(jié)構(gòu)、形貌和光學(xué)性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明,所得BaSn_(1-x)Co_xO_3薄膜沿(100)方向外延生長,?掃描證明其為四方對稱結(jié)構(gòu)。BaSn_(1-x)Co_xO_3薄膜表面平整致密,厚度約210 nm,膜層粗糙度隨Co摻量增加而增加。在200-800 nm波長范圍內(nèi),隨Co摻雜含量增加,薄膜光學(xué)透過率由97%降至72%,光學(xué)帶隙從3.23 eV降至2.31 eV。進一步構(gòu)建了器件,研究了Co摻雜對BaSn_(1-x)Co_xO_3薄膜光電性能的影響規(guī)律,其中BaSn_(0.65)Co_(0.35)O_3薄膜的J-V曲線出現(xiàn)類似電池的特性,短路電流(J_(sc))和開路電壓(V_(oc))分別為5.57 mA/cm~2和0.17 V,為其在鈣鈦礦太陽能電池器件中的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
【學(xué)位單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB383.2;TM914.42
【部分圖文】：

層能級相匹配的鈣鈦礦光吸收層。通過多種表征手段的鈣鈦礦光吸收層對鈣鈦礦太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效太陽能電池的整體光電轉(zhuǎn)換效率提供有力的理論和池簡介國物理學(xué)家 Becquerel 發(fā)現(xiàn)在光照條件下，兩片金屬生微弱電壓。就這樣，光伏效應(yīng)[3]被首次發(fā)現(xiàn)。但是能電池這一現(xiàn)象的認識一直處于停滯狀態(tài)，直到 18體硒制備出第一塊固態(tài)太陽能電池，當(dāng)時的光電轉(zhuǎn)有意義的現(xiàn)代太陽能電池則是在 1954 年，美國的 B體硅技術(shù)，采用摻雜的工藝制備出了半導(dǎo)體 PN 結(jié)池的光電轉(zhuǎn)換效率迅猛提升，首次達到 6%[4]以上，其是在軍事領(lǐng)域，從此屬于太陽能電池的時代來臨

堿土金屬錫酸鹽鈣鈦礦薄膜的可控制備、摻雜及物理性能研究以區(qū)別不同太陽能電池的負載輸出能力。填充因子 FF 取決于入射光強、材料的禁帶寬度、理想系數(shù)、串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻等，填充因子值始終小于 1。通常 Pmax對應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換效率 η 用來描述太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換性能，也是評價太陽能電池性能的最重要指標，被定義為電池最大輸出功率 Pmax與入射光功率（Pi）比值，即 η=Pmax/Pi。聯(lián)系填充因子的公式，太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率可表達為：η= Pmax·FF/Pi （1.2）太陽能光電轉(zhuǎn)換效率檢測的標準條件：測試溫度為 25℃，測試輻射光強為 100mW·cm-2，即 AM 1.5G 標準光強。

科學(xué)院上海硅酸鹽研究所碩士學(xué)位論文圖 1.3 美國國家可再生能源實驗室認證（NREL）太陽能電池效率增長時間表ig.1.3 The efficiency growth timetable of National Renewable Energy Laboratory Certifica(NREL) solar cell 7.1%[6]。目前，染料敏化太陽能電池已經(jīng)實現(xiàn)了 13%[7]的效率。
【參考文獻】

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1 白曉功;史彥濤;王開;董慶順;邢玉瑾;張鴻;王亮;馬廷麗;;少鉛鈣鈦礦CH_3NH_3Sr_xPb_(1-x)I_3的合成及其在全固態(tài)薄膜太陽能電池中的應(yīng)用[J];物理化學(xué)學(xué)報;2015年02期

本文編號：2875361